“約會”火星，我們準備好了嗎

探測火星不是件容易的事，可是人類對火星的熱情卻從未熄滅。2019年全國兩會期間，全國政協(xié)委員、中國探月工程總設計師吳偉仁透露，2020年我國將發(fā)射探測器，實現(xiàn)對火星的環(huán)繞、著陸和巡視探測。

中國火星探測任務工程總設計師張榮橋表示，首次火星探測任務一步實現(xiàn)“繞”“落”“巡”，這在國際上前所未有，難度極大。面對艱巨的挑戰(zhàn)，我們準備好了嗎？

移居火星困難重重

移居火星是人類的遠大夢想，也注定了荊棘叢生。第一個挑戰(zhàn)就是如何把人安全送往火星并安全返回?！澳壳埃祟惏l(fā)射火星探測器成功率低，現(xiàn)階段沒有哪個國家有把握將人安全送上火星并返回?！睂＜艺f。

此外，載人登陸火星目前還面臨技術難題。由于飛往火星單程至少7個月，要攜帶大量的生命保障資源，需要更強大的火箭和飛船。對執(zhí)行任務的航天員來說，長期飛行會導致肌肉萎縮、骨質脫鈣，輻射也會對身體造成影響。

到達火星后如何生存，也是一道難以邁過的坎。

“怎么適應火星的氣溫？你在火星上是蹦還是跳？如何轉化能量實現(xiàn)自給自足？火星上只有微弱的剩磁，太陽粒子毫無忌憚地打到火星表面，人怎么防護？和地球之間的通訊有延遲怎么辦？火星基地的內部是1個標準大氣壓，外部卻是0.1個大氣壓，對基礎設施的穩(wěn)定性和可靠性要求極高?！睂＜艺f，我們能想到的任何一點在火星上都很困難。

模擬火星環(huán)境尋找答案

為了提前應對這些移居火星的難題，科學家想出了各種模擬火星環(huán)境的方法。直接選擇地球上的某個區(qū)域模擬火星環(huán)境是其中之一。比如在南極、北極圈、冰島，或在美國的莫哈維沙漠、南美洲的阿塔卡瑪沙漠模擬火星等。

專家說，中國的柴達木盆地很適合火星模擬。“柴達木盆地緯度高、溫差大、紫外線強，到處都是鹽湖，大氣稀薄、表面干燥，且土壤偏堿性，環(huán)境與火星十分相似?！?/p>

還有一種是在實驗室中進行火星模擬，比如位于美國加州帕薩迪納的噴氣推進實驗室和位于英國赫特福德郡的火星任務模擬場。這種模擬通常有較明確的科學目的。專家介紹，如果要模擬火星上的沙丘移動，就需要在地球上建一個風洞實驗室。在風洞中要盡量呈現(xiàn)火星表面的環(huán)境，如晝夜溫差、大氣含量和成分、物質組成、風速等。還有人模擬火星上的物質反應，這就需要假設發(fā)生反應的物質成分，反應時的溫度以及反應時間長短等。

專家表示，模擬火星環(huán)境有多方面的意義。從工程上講，我們能在模擬火星環(huán)境中測試探測器樣機的性能，如車輪、爬坡能力等，還可以測試科學載荷的性能以及宇航員在極端環(huán)境中的身體和心理變化等?！皣H空間站的航天員一般只在太空待半年左右，往返火星所需的時間可比這長多了，對航天員的心理和生理都是非常大的考驗，身體也會因為長時間的深空輻射受影響?！睂＜艺f。

研究火星表面的地質演化也是如此?！澳壳拔覀冎荒芸吹轿镔|演化后的結果，由于這種演化和當時的環(huán)境是一種耦合關系，要揭示它就需要在實驗中模擬?！睂＜冶硎?。

首次火星探測充滿挑戰(zhàn)

每隔兩年，全球都會迎來一次火星探測小高潮。為何大家都選擇2020年探測火星？這是因為，根據(jù)地球與火星位置關系，每26個月火星會有一次距離地球最近的機會，這也是發(fā)射火星探測器的最佳時間窗口。在這個時間點發(fā)射火星探測器，將節(jié)省大量燃料，縮短抵達的時間。2020年就將迎來一個窗口期，大約1個月。如果把握不好這次機會，就只能再等兩年。

中國首次探測便要實現(xiàn)“繞”“落”“巡”三大任務，面臨巨大挑戰(zhàn)。所謂“繞”，是指在一定距離的軌道上繞著火星飛行，對火星表面的情況進行普查?！奥洹焙汀把病笔侵冈诨鹦巧咸囟ǖ膮^(qū)域進行著落，讓著陸器帶著的火星車對火星表面局部地區(qū)進行巡視和詳查。在較高的技術起點上，盡管一次發(fā)射完成多項復雜任務的風險比較大，但如果成功，效益也比較高。

據(jù)悉，此前只有美國在一次火星任務中同時完成“繞”和“落”，歐洲曾兩次嘗試“繞”和“落”，都以失敗而告終。中國計劃在一次火星任務中完成“繞”“落”“巡”，難度可想而知。

迄今為止，世界各國至少舉行了46次火星探測活動，其中只有20.5次取得成功，成功率不足45%，火星因此有“航天器墳場”之稱，而最危險的環(huán)節(jié)在于進入火星軌道和著陸兩個階段。

與飛行相比，探測器在火星下降著陸的難度更大，過去許多探測器都在這一階段功虧一簣。什么時候“剎車”進入火星軌道，進入軌道的角度是多少，何時打開降落傘，何時切斷降落傘……每個環(huán)節(jié)都可謂步步驚心，都需要精準計算、毫秒不差。

專家說，進入火星大氣時，探測器能接收到的遙測信號十分微弱；當它運行到火星背面時，在地球上無法準確獲取其軌道參數(shù)；通信延時也會造成很大影響。因此火星著陸過程完全需要探測器自主完成，整個過程被稱為“恐怖7分鐘”。

火星探測與月球探測最大的不同就在于距離的懸殊。地月平均距離為38萬千米，而地火最近距離為5 500萬千米，最遠為3億～4億千米，這對測控能力有極高的要求。曾有人這樣比喻：讓火星探測器精準著陸，相當于從巴黎擊出一只高爾夫球，落在東京的一個洞里。

探月工程為火星探測奠定基礎

雖然火星探測的難度非常大，但是中國已經做了大量準備工作，數(shù)次成功的探月任務也奠定了重要的技術基礎。

首先，發(fā)射火星探測器需要大推力運載火箭，我國長征五號火箭已經具備這樣的能力。它是目前我國推力最大的運載火箭，可將火星探測器直接送入地火轉移軌道。

其次，針對超遠距離的測控，我國已經建成深空測控站，并在嫦娥二號拓展任務中實現(xiàn)了超過1億千米的測控。北京航天飛行控制中心副主任李劍曾表示，我國已具備上億千米深空測控的能力，完全能支持火星探測。

再次，探月取得的成功，幫助中國在著陸、巡視技術等領域奠定了基礎。

我國首個火星探測器將搭載13臺科學載荷，將探測火星的形貌、土壤、環(huán)境、大氣，研究火星上的水冰分布、物理場和內部結構。

專家介紹，火星大氣密度僅為地球的百分之一，著陸器進入大氣后，以20 000千米/小時的速度“撞”向火星，需要通過氣動外形、降落傘、反推發(fā)動機等多種措施逐級減速，才能安全著陸。

專家透露，我國火星探測器已完成氣動外形設計，以及氣動力、氣動熱設計工作，正在進行試驗驗證。此外，我國于2016年首次完成了縮比火星降落傘高空開傘試驗，驗證了降落傘的充氣性能，獲取了降落傘氣動力數(shù)據(jù)。

應該說，在探測火星方面，我國還是“新生代”。不過，十多年來我國開展了5次探月活動，全部取得成功，對深空探測領域的軌道設計、探測器自主導航控制、深空測控通信等關鍵技術進行了驗證，同時積累了豐富的經驗。

這次火星探測任務能否成功，我們還需拭目以待。如果成功，它將成為我國繼探月之后深空探測任務的“敲門磚”。在完成火星探測的“繞”“落”“巡”之后，我國計劃在2028年左右發(fā)射火星采樣返回器。通過對采回的火星樣品進行研究，可以了解火星上是否有水、生物、特殊物質等，最終實現(xiàn)對火星從全球普查到局部詳查、著陸就位分析，再到樣品實驗室分析的科學遞進，同時為載人登火星作準備。

2020年夏天 火星更“火”

2020年除了我國會發(fā)射火星探測器外，還有其他國家或組織的火星探測器將登陸火星，它們分別是美國的“火星2020”漫游車，歐洲和俄羅斯聯(lián)合制作的“羅莎琳德·富蘭克林”漫游車，還有阿聯(lián)酋的“希望”號火星探測器。

“火星2020”漫游車

NASA研制的汽車大小的“火星2020”漫游車將于2020年7月17日起飛，2021年2月登陸火星。

“火星2020”預計會在火星上工作至少一個火星年，大約687天。在那期間，它將尋找古代火星生命的跡象，并收集和儲存樣本，以便將來帶回地球?！盎鹦?020”還將演示利用火星大氣（主要是二氧化碳）生產氧氣的新技術，這對于探索火星的宇航員至關重要。

此外，“火星2020”還將攜帶一架小型無人駕駛直升機，它最多將在火星大氣層進行5次短程飛行，這一開創(chuàng)性舉動如果成功，將具有重大意義。

火星直升機飛行控制和空氣動力學負責人哈弗德·格爾德表示，可以設想未來使用多架直升機進行區(qū)域勘探，或者使用小型直升機前往漫游車難以到達的地區(qū)或生物敏感地區(qū)。

“羅莎琳德·富蘭克林”漫游車

如果一切按計劃進行，歐洲和俄羅斯攜手研制的“羅莎琳德·富蘭克林”漫游車將于2020年7月25日發(fā)射升空，2021年2月降落火星表面，尋找火星生命跡象并執(zhí)行各種任務。

歐-俄“火星太空生物”任務原本有三部分：一個軌道飛行器、一個名為“斯基亞帕雷利”的著陸器和“羅莎琳德·富蘭克林”漫游車。著陸器和軌道器于2016年一起前往火星。但令人遺憾的是，當軌道飛行器在進入火星軌道時，著陸器或由于軟件錯誤墜向火星表面。

歐洲航天局希望“羅莎琳德·富蘭克林”火星車任務更加成功。目前，這一六輪太陽能漫游車正在英國建造，將配備攝像頭、地面穿透雷達和機載實驗室以分析巖石樣本，特別重要的是尋找火星上的生命跡象。

“希望”號火星探測器

據(jù)報道，阿聯(lián)酋的“希望”號火星探測器計劃于2020年7月中期發(fā)射，2021年第一季度抵達火星軌道。

“希望”號火星探測器的主要任務是研究火星大氣和環(huán)境，以及火星液態(tài)水消失的原因。該探測器計劃搭乘日本的H-2A火箭，在日本種子島宇宙中心發(fā)射升空。

據(jù)悉，阿聯(lián)酋此前提出2117年前要在火星建造第一個適合人類居住的城市，迪拜目前正在建造模擬火星生活條件的“火星科學城”。

此外，還有“好奇”號漫游車、“洞察”號著陸器，以及火星奧德賽、火星快車、火星勘測軌道飛行器、火星軌道器任務、火星大氣與揮發(fā)物演化任務、火星微量氣體軌道探測器正對火星展開24小時全天候不間斷地觀測。這些探測器將為我們揭開籠罩在火星頭上的神秘面紗。了解火星，其實也是了解我們自己。